Жидкость для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и поверхностной воды, способ её приготовления и способ обработки пласта с её использованием Российский патент 2024 года по МПК C09K8/68 E21B43/267 

Изобретение относится к нефтяной и газовой отрасли, в частности к добыче с использованием технологии гидроразрыва пласта (ГРП) продуктивных нефтяных пластов. Более конкретно, изобретение относится к технологическим составам, используемым для повышения проницаемости продуктивных пластов посредством осуществления гидроразрыва пласта (ГРП), и может быть использовано для приготовления жидкости для гидроразрыва пласта из альтернативных (не природного происхождения) синтетических гелеобразователей и с использованием источников поверхностной воды с таких, например, как реки, ручьи, водохранилища, озера, пруды и с других. В частности, изобретение относится к способу приготовления жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и поверхностной воды, а также к способу обработки пласта с использованием жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и поверхностной воды, включающему добавлении в вышеуказанную жидкость проппанта и проведении гидроразрыва пласта, образуя тем самым устойчивую суспензию, препятствующую оседанию гранул проппантов в водном растворе. Предложены жидкость для гидроразрыва пласта, способ приготовления жидкости для гидроразрыва пласта, способ обработки пласта с её использованием при добыче углеводородов.

Уровень техники

Известно техническое решение и способ стабилизации водного раствора полиакриламида (см. патент на изобретение №2466160 по кл. C08L 33/26 (2006.01) Е21В 43/22 (2006.01), заявл. 10.05.2011 г., опубл. 10.11.2012 «Способ стабилизации водного раствора полиакриламида").

Однако в известном способе приготовление жидкости для гидроразрыва пласта заключается в приготовлении раствора и сохранении реологических свойств водных растворов полиакриламида в течение длительного времени, а также в повышении эффективности использования получаемого раствора за счет стабилизации его динамической вязкости. Технический результат способа стабилизации водного раствора полиакриламида получают посредством приготовления раствора полиакриламида в воде с концентрацией от 0,15 до 0,30 мас.% путем диспергирования с угловой скоростью от 14000 об/мин до 17000 об/мин.

Основными недостатками указанного выше изобретения является то, что дистиллированная вода, используемая для приготовления раствора, не имеет минерального состава, следовательно, не оказывает влияния на реологические свойства водного раствора, и, как следствие, время стабильности раствора в реальных условиях сложно спрогнозировать, а указанные массовые концентрации водного раствора будут слабо выражены или вовсе не иметь песконесущую способность вследствие низкой концентрации полимера.

Известна жидкость для гидроразрыва пласта и способ её приготовления (CN 108559477, опубл. 21.09.2018, МПК: C09K 8/60, C09K 8/66, C09K 8/68), в которой применяются синтетический гелеборазователь, диспергатор, хелатирующий агент, стабилизатор глин, структурный стабилизатор, деструктор, вода повышенной солености, которые обеспечивают низкую вязкость жидкости для легкого удаления её из пласта. Общими признаками известных и заявляемых жидкостей для ГРП и способа её приготовления являются использование синтетического гелеобразователя и деструктора. Однако в рассматриваемом техническом решении используемые компоненты применяются в качестве стабилизаторов и нейтрализаторов солей, которые могут повлиять на качество приготавливаемой жидкости ГРП, что существенно повышает стоимость работ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу получения жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и выбранным в качестве наиболее близкого аналога (прототипом), является техническое решение и способ приготовления жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и на высокоминерализованной воде (См. патент на изобретение №2760115 по кл. С09К 8/62 (2021.08) Е21В 43/26 (2021.08), заявл. 06.11.2020 г., опубл. 22.11.2021 «Жидкость для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и на высокоминерализованной воде, способ её приготовления и способ обработки пласта с её использованием»).

Однако в известном способе приготовление жидкости для гидроразрыва пласта заключается в использовании высокоминерализованной пластовой (сеноманской) и подтоварной воды.

Основным недостатком указанного выше изобретения является то, что пластовая вода (сеноманская) имеет нестабильный минеральный состав, зависящий от месторождения и глубины залегания, что сильно осложняет подбор рецептур и с большой вероятностью для нормального её использования потребуется ввод дополнительных стабилизирующих добавок. Подтоварная вода, являясь водой, загрязнённой нефтепродуктами и накапливаемой при хранении обводненных нефтепродуктов в резервуарах или подкачиваемых в скважины для поддержания пластового давления искусственно имеет еще более нестабильный минеральный состав и, как правило, имеющий в своем составе растворённый оксид железа (III). С этим типом вод необходимо иметь целую линейку стабилизирующих добавок купирующих вредное влияние минерального состава воды.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является создание жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и поверхностной воды, способа приготовления жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и поверхностной воды и способа обработки пласта с её использованием, обеспечивающего необходимую для работ по технологии гидроразрыва пласта (ГРП) песконесущую способность рабочей жидкости.

Поставленная задача достигается путем приготовления жидкости с использованием альтернативных (не природного происхождения) синтетических гелеобразователей с использованием источников поверхностной воды (реки, ручьи, водохранилища, озера, пруды и других), а в качестве полимера используют анионный водорастворимый полимер Полипроп-2-енамид гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом (Полиакриламид гидролизованный 2-этилгексилакрилатом) в виде гидратированного порошка.

Также поставленная задача решается путем использования жидкости, полученной вышеуказанным способом и посредством применения рассмотренной жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и поверхностной воды, с последующим добавлением в вышеуказанную жидкость для гидроразрыва пласта проппанта, и проведение гидроразрыва пласта, тем самым образуется устойчивая суспензия, препятствующая оседанию гранул проппантов в водном растворе.

Техническим результатом, позволяющим решить эту задачу, является способ подачи порошкообразного полимера синтетического гелеобразователя в поток поверхностной воды в гидратационных установках, за счет чего нет необходимости отдельно использовать ёмкости для приготовления и гидратации полимера, сокращается время операций; осуществляется отказ от химических стабилизирующих реагентов, используемых для стабилизации минерального состава воды при работах ГРП, что снижает влияние на окружающую среду; равномерный набор вязкости при закачке жидкостно-песчаной смеси (более низкой на устье скважины, чем в зоне перфорации), вследствие чего обеспечивается равномерное распределение жидкости по всей длине трещины, создаваемой в ходе ГРП, обеспечивая более глубокое проникновение частиц проппанта в трещине за счет лучшей текучести; получение оптимальных реологических свойств вне зависимости от источника поверхностной воды и её химического состава.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет способа гидроразрыва пласта с использованием жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя - анионного водорастворимого полимера полиакриламида и воды, содержащей деэмульгатор, деструктор полимера и проппант, при этом:

жидкость для гидроразрыва содержит полиакриламид гидролизованный 2-этилгексилакрилатом - Полипроп-2-енамид гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом, воду поверхностную,

приготовление жидкости для гидроразрыва пласта производят в гидратационной установке - блендере, сначала в чан блендера дозируют указанную воду в количестве от 88,0 до 95,0 мас.%, включают мешалку с оборотами от 1000 до 1700 об/мин и при постоянном перемешивании вводят деэмульгатор в количестве 1,0 мас.%, затем при помощи шнекового дозатора высыпают в чан блендера указанный гелеобразователь в количестве примерно от 3,0 до 10 мас.%, перемешивают до полной гидратации указанного гелеобразователя,

в полученную полимерную жидкость - водный полимерный раствор выгружают проппант в количестве 700 кг на 1 м3 полимерной жидкости, следом через тот же шнековый дозатор добавляют деструктор полимера в количестве 1,0 мас.%, полученную массу перемешивают до получения однородной суспензии,

далее жидкость для гидроразрыва из блендера попадает в продуктивный пласт, осуществляя гидроразрыв пласта.

Согласно заявленному способу в качестве источника поверхностной воды могут использовать реки, ручьи, водохранилища, озера, пруды.

Согласно заявленному способу загруженные компоненты жидкости для гидроразрыва пласта в блендере находятся в постоянном движении для обеспечения гидратации гелеобразователя.

Согласно заявленному способу жидкость для гидроразрыва попадает в продуктовый пласт из чана блендера через линию низкого давления, затем после насосов в линию высокого давления, из которой по лифту насосно-компрессорных труб жидкость через перфорационные отверстия или для многостадийного гидравлического разрыва пласта через фрак-порт попадает в продуктовый пласт.

Согласно заявленному способу синтетический гелеобразователь могут брать в количестве 4,0 мас.%.

Согласно заявленному способу синтетический гелеобразователь могут брать в количестве 6,0 мас.%.

Согласно заявленному способу могут применять дополнительные полимерные эффективные добавки, если это необходимо.

Также вышеуказанный технический результат достигается за счет жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и поверхностной воды, включающей синтетический гелеобразователь, деэмульгатор, деструктор и проппант, причем порошкообразным полимером синтетического гелеобразователя является анионный водорастворимый полимер Полипроп-2-енамид гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом (Полиакриламид гидролизованный 2-этилгексилакрилатом) в виде гидратированного порошка, при этом она приготовлена любым из вышеуказанных способов.

Краткое описание чертежей

На Фигуре 1 представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с^-1, состав которой приведен для Примера (Состава) 1 в Таблице 1.

На Фигуре 2 представлено изменение вязкости жидкости для ГРП при изменении скорости сдвига при повышенной температуре для Примера (Состава) 1 в Таблице 1.

На Фигуре 3 представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с^-1, состав которой приведен для Примера (Состава) 2 в Таблице 1.

На Фигуре 4 представлено изменение вязкости жидкости для ГРП при изменении скорости сдвига при повышенной температуре для Примера (Состава) 2 в Таблице 1.

На Фигуре 5 представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с^-1, состав которой приведен для Примера (Состава) 3 в Таблице 1.

На Фигуре 6 представлено изменение вязкости жидкости для ГРП при изменении скорости сдвига при повышенной температуре для Примера (Состава) 3 в Таблице 1.

На Фигуре 7 представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с^-1, состав которой приведен для Примера (Состава) 4 в Таблице 1.

На Фигуре 8 представлено изменение вязкости жидкости для ГРП при изменении скорости сдвига при повышенной температуре для Примера (Состава) 4 в Таблице 1.

На Фигуре 9 представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с^-1, состав которой приведен для Примера (Состава) 5 в Таблице 1.

На Фигуре 10 представлено изменение вязкости жидкости для ГРП при изменении скорости сдвига при повышенной температуре для Примера (Состава) 5 в Таблице 1.

Осуществление изобретения

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Приготовление жидкости для гидроразрыва пласта производят в гидратационной установке (специальном блендере), который заполняют поверхностной водой в объеме, соответствующем рабочему объему блендера, затем при включенном перемешивающем устройстве дозируют деэмульгатор, например, но не обязательно при 1500-3000 об/мин, далее осуществляют загрузку сухого синтетического гелеобразователя, при этом в качестве такого полимерного гелеобразователя используют анионный водорастворимый полимер Полипроп-2-енамид гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом (Полиакриламид гидролизованный 2-этилгексилакрилатом) в виде гидратированного порошка в количестве например, но не обязательно, не менее 4,0 кг на 1 м³ поверхностной воды, и перемешивают до полной гидратации полимера в течение например, но не обязательно, не менее 3 мин., после гидратации в гидратационную установку (специальный блендер) дозируют деструктор и, если это необходимо, могут быть добавлены другие полимерные эффективные добавки.

Ниже представлен более подробный пример одного из частных вариантов осуществления заявленного способа приготовления жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и поверхностной воды. Данный пример приведен исключительно в целях более ясного понимания заявленного способа и не может трактоваться для сужения/ограничения объема правовой охраны заявленного способа. При этом рецептура для каждой конкретной скважины подбирается индивидуально, в зависимости от пластовых условий и технического оснащения сервисной компании.

Готовят полимерный раствор с использованием поверхностной воды с любого источника, например, гидрополимерный состав в виде водного раствора, где поверхностную воду дозируют в гидратационную установку(далее по тексту блендер), снабженной мешалкой, в количестве примерно от 88,0 до 95,0 мас.%. Данный диапазон приведен исключительно для конкретного примера и выбор именно этого диапазона не влияет на достижение заявленного технического результата. Включают мешалку с оборотами в зависимости от типа и модели используемого в конкретных случаях блендера в примерном диапазоне от 1000 до 1700 об/мин и при постоянном перемешивании вводят деэмульгатор в количестве 1,0 масс. %, затем при помощи шнекового дозатора высыпают в чан блендера синтетический гелеобразователь (полимер) в количестве примерно от 3,0 мас.% до 10 мас.%, время перемешивания напрямую зависит от температуры используемой воды, типа и модели используемого при производстве работ блендера, но не более 180 секунд до получения полной гидратации полимера, в полученный водный раствор полимера поочередно, в соответствии с программой закачки выгружают гранулы проппанта в количестве из расчета 700 кг на 1 м³ полимерной жидкости, следом через тот же шнековый дозатор добавляют деструктор полимера в количестве 1,0 мас.%, полученную массу перемешивают в течение примерно 3 минут до получения однородной суспензии. Далее жидкость с проппантом из чана блендера попадается в линию низкого давления, затем после насосов в линию высокого давления, из которой по лифту насосно-компрессорных труб (НКТ) жидкость через перфорационные отверстия (для многостадийного гидравлическего разрыва пласта (МГРП) через фрак-порт) попадет в продуктивный пласт.

Приведенные выше диапазоны значений (об/мин мешалки, мас. % полимера и гранул полимера, секунды и минуты перемешивания и другие) также приведены исключительно для конкретного примера и выбор именно этих значений/диапазонов не влияет напрямую на достижение заявленного технического результата. Так, выбор мас.% полимера обусловлен диапазоном мас.% воды и необходимостью получения итоговых 100 мас.%. В заявленном способе могут применяться различные значения/диапазоны вышеуказанных величин.

Основная сущность и новизна изобретения основаны на использовании поверхностной воды для получения полимерной жидкости без использования стабилизирующих добавок.

Ниже приведены разъяснения по применению синтетических гелеобразователей при добыче углеводородов. Полимерную синтетическую жидкость готовят в гидрационной установке, вводят деэмульгатор, затем добавляют проппант в поток жидкости поочередно с деструктором, и при помощи насоса готовую смесь закачивают в скважину.

Подтверждающие примеры в части применения проппанта при добыче углеводородов.

Пример №1.

Для приготовления рабочей жидкости ГРП, при высоких оборотах 1700 об/мин в чан гидратационной установки непрерывно подают в расчетном количестве поверхностную воду 95 мас.%, синтетический гелеобразователь в количестве 3,0 мас.%, добавляя проппант в количестве из расчета 700 кг на 1 м³ полимерной жидкости, деструктор полимера в количестве 1,0 мас.% и деэмульгатор в количестве 1,0 мас.%. Система смешивания устроена таким образом, чтобы загруженные компоненты рабочей жидкости и проппанта находились в постоянном движении для обеспечения гидратации гелеобразователя. Через заданное время получаемая жидкость ГРП с проппантом подается в линию низкого давления. При проведении закачки в оперативном режиме контролируют вязкость и температуру рабочей жидкости.

Пример №2.

Для приготовления рабочей жидкости ГРП, при высоких оборотах 1700 об/мин в чан гидратационной установки непрерывно подают в расчетном количестве поверхностную воду 94 мас.%, синтетический гелеобразователь в количестве 4,0 мас.%, добавляя проппант в количестве из расчета 700 кг на 1 м³ полимерной жидкости, деструктор полимера в количестве 1,0 мас.% и деэмульгатор в количестве 1,0 мас.%. Система смешивания устроена таким образом, чтобы загруженные компоненты рабочей жидкости и проппанта находились в постоянном движении для обеспечения гидратации гелеобразователя. Через заданное время получаемая жидкость ГРП с проппантом подается в линию низкого давления. При проведении закачки в оперативном режиме контролируют вязкость и температуру рабочей жидкости.

Пример №3.

Для приготовления рабочей жидкости ГРП, при высоких оборотах 1700 об/мин в чан гидратационной установки непрерывно подают в расчетном количестве поверхностную воду 92 мас.%, синтетический гелеобразователь в количестве 6,0 мас.%, добавляя проппант в количестве из расчета 700 кг на 1 м³ полимерной жидкости, деструктор полимера в количестве 1,0 мас.% и деэмульгатор в количестве 1,0 мас.%. Система смешивания устроена таким образом, чтобы загруженные компоненты рабочей жидкости и проппанта находились в постоянном движении для обеспечения гидратации гелеобразователя. Через заданное время получаемая жидкость ГРП с проппантом подается в линию низкого давления. При проведении закачки в оперативном режиме контролируют вязкость и температуру рабочей жидкости.

Реализация способа приготовления рабочей жидкости из синтетического гелеобразователя и её реологические свойства также иллюстрируются конкретными примерами (См. Таблицу 1).

Таблица 1 - Реализация способа приготовления рабочей жидкости из синтетического гелеобразователя на поверхностной воде и ее реологические свойства

Параметр Состав Состав 1 (фиг.1) Состав 2 (фиг. 3) Состав 3 (фиг. 5) Состав 4
(фиг. 7) Состав 5
(фиг. 9) 65°С 85°С 90°С 100°С 85°С 1 2 3 4 5 6 Синтетический гелеобразователь, кг/м³ 3,0 3,0 3,0 4,0 6,0 Брейкер капсулированный, кг/м³ 0,3 0,3 0,1 0,1 0,15 Время стабильности, мин (более 20 сП) 70 90 60 65 135

Анализ данных показывает, что заявляемую жидкость ГРП на основе синтетического гелеобразователя, приготовленную на поверхностной воде, можно использовать при различных пластовых условиях.

Приведенные выше примеры служат для иллюстрации изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.

Как видно из фигур 1, 3, 5, 7, 9 все полученные жидкости ГРП сохраняют вязкость выше 20 сП при различных температурах не менее 60 минут. Затем происходит разрушение геля и падение вязкости.

На фигурах 2, 4, 6, 8, 10 представлены результаты испытаний жидкости для ГРП на чувствительность к изменению скорости сдвига. Как видно из графиков, восстановление после первого цикла сдвиговых нагрузок происходит менее чем за 60 секунд, после второго цикла также менее чем за 60 секунд, после третьего цикла также менее чем за 60 секунд.

Таким образом, представленные данные подтверждают достижение технического результата для жидкости для гидроразрыва пласта и способа её приготовления.

Группа изобретение относится к добыче с использованием технологии гидроразрыва пласта ГРП продуктивных нефтяных пластов. Технический результат - сокращение времени операций, снижение влияния на окружающую среду, равномерное распределение закачиваемой жидкости по всей длине трещины, создаваемой в ходе ГРП, более глубокое проникновение частиц проппанта. В способе гидроразрыва пласта с использованием жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя - анионного водорастворимого полимера полиакриламида и воды поверхностной, жидкость для гидроразрыва содержит полиакриламид гидролизованный 2-этилгексилакрилатом - полипроп-2-енамид гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом. Приготовление жидкости для гидроразрыва пласта производят в гидратационной установке – блендере. Сначала в чан блендера дозируют указанную воду в количестве от 88,0 до 95,0 мас.%, включают мешалку с оборотами от 1000 до 1700 об/мин и при постоянном перемешивании вводят деэмульгатор в количестве 1,0 мас.%. Затем при помощи шнекового дозатора высыпают в чан блендера указанный гелеобразователь в количестве примерно от 3,0 до 10 мас.%, перемешивают до полной гидратации указанного гелеобразователя. В полученную полимерную жидкость - водный полимерный раствор выгружают проппант в количестве 700 кг на 1 м³ полимерной жидкости. Следом через тот же шнековый дозатор добавляют деструктор полимера в количестве 1,0 мас.%, полученную массу перемешивают до получения однородной суспензии. Далее жидкость для гидроразрыва из блендера попадает в продуктивный пласт, осуществляя гидроразрыв пласта. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл., 3 пр.

1. Способ гидроразрыва пласта с использованием жидкости для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя - анионного водорастворимого полимера полиакриламида и воды, содержащей деэмульгатор, деструктор полимера и проппант,

отличающийся тем, что

жидкость для гидроразрыва содержит полиакриламид гидролизованный 2-этилгексилакрилатом - полипроп-2-енамид гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом, воду поверхностную,

приготовление жидкости для гидроразрыва пласта производят в гидратационной установке - блендере, сначала в чан блендера дозируют указанную воду в количестве от 88,0 до 95,0 мас.%, включают мешалку с оборотами от 1000 до 1700 об/мин и при постоянном перемешивании вводят деэмульгатор в количестве 1,0 мас.%, затем при помощи шнекового дозатора высыпают в чан блендера указанный гелеобразователь в количестве примерно от 3,0 до 10 мас.%, перемешивают до полной гидратации указанного гелеобразователя,

в полученную полимерную жидкость - водный полимерный раствор выгружают проппант в количестве 700 кг на 1 м³ полимерной жидкости, следом через тот же шнековый дозатор добавляют деструктор полимера в количестве 1,0 мас.%, полученную массу перемешивают до получения однородной суспензии,

далее жидкость для гидроразрыва из блендера попадает в продуктивный пласт, осуществляя гидроразрыв пласта.

2. Способ по п. 1, в котором в качестве источника воды поверхностной используют реки, ручьи, водохранилища, озера, пруды.

3. Способ по п. 1, в котором загруженные компоненты жидкости для гидроразрыва пласта в блендере находятся в постоянном движении для обеспечения гидратации гелеобразователя.

4. Способ по п. 1, в котором жидкость для гидроразрыва попадает в продуктовый пласт из чана блендера через линию низкого давления, затем после насосов в линию высокого давления, из которой по лифту насосно-компрессорных труб жидкость через перфорационные отверстия или для многостадийного гидравлического разрыва пласта через фрак-порт попадает в продуктовый пласт.

5. Способ по п. 1, в котором указанный гелеобразователь используют в количестве 4,0 мас.%.

6. Способ по п. 1, в котором указанный гелеобразователь используют в количестве 6,0 мас.%.

7. Жидкость для гидроразрыва пласта на основе синтетического гелеобразователя и воды поверхностной, включающая синтетический гелеобразователь, деэмульгатор, деструктор полимера и проппант, причем порошкообразным полимером синтетического гелеобразователя является анионный водорастворимый полимер полипроп-2-енамид гидролизованный 2-этилгексилпроп-2-еноатом, при этом она приготовлена способом по любому из пп. 1-6.